1.1水力学基础知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 概 论,1.1,水力学基本知识,本节主要学习内容：,1,、水的粘滞性与汽化压力,（一般掌握）,2,、静水压强与动水压强的关系及压强常用单位，工程大气压与水柱之间的换算,（一般掌握）,3,、沿程水头损失与局部水头损失概念及与粘滞性的关系,（一般掌握）,教学难点,:,粘滞性与汽化压力,课前小思考：什么是水力学？,答：水力学是研究液体平衡和运动规律，以及这些规律在工程实际方面的应用的科学,.,本节内容：,1,、 液体的主要物理性质,2,、 水静力学,3,、 水动力学,4,、 流动阻力与水头损失,1.1.1,液体的主要物理性质,液体中分子之间的聚合力比固体小，因此液体的抗拉、抗剪能力是很小的，但具有相当大的抗压能力。,由于液体具有流动性，所以它没有固定的形状，但具有固定的体积，并能形成自由表面。,下面分别介绍液体的几个主要物理性质。,1.1.1.1,密度和容重,液体和固体一样具有质量。质量愈大，其惯性就愈大。对于匀质液体，单位体积所具有的质量称为密度，以符号表示，即：,(1,1),式中,液体的密度，,kg,m,3,液体的质量，,kg,液体的体积，,m,3,对于匀质液体，单位体积所具有的重量称为容重，以符号,表示，即：,(1,2),式中,液体的容重，,N/ m,液体的重量, N (,牛顿,),液体的体积, m,由于物体的重量,G,等于质量,M,与重力加速度,的乘积，所以密度和容重,之间的关系为：, =,g,（,1,3,）,式中,重力加速度, = 9.81m/s,。,以上关系式表明,:,液体的容重等于液体的密度与重力加速度的乘积。,液体的密度和容重受外界压力和温度的影响。因此，当表示某种液体的密度或容重值时，必须指出所处外界压力和温度条件。,水在标准大气压条件下，温度为,4,C,时，其密度和容重是：,=1000kg/m,3,，, = 9810N/m,（此处插入图片，不同温度下液体的质量和密度）,1.1.1.2,液体的压缩性与膨胀性,当液体的温度不变，而外界的压力增大时，液体的体积减小，这种物理性质称为液体的压缩性。通过实验证明：当外界压强在,10,个大气压范围内，每增加一个大气压，水的体积相对减小量仅为十万分之五左右，这说明当外界压强条件增大时，液体的压缩性是很微小的，所以在实际工程中，可以不考虑压缩比的影响，将液体视为不可压缩液体看待。,当液体的外界压强不变，而温度升高时，液体的体积增大，这种物理性质称为液体的膨胀性。,在实际给水工程问题中，水的压缩性和膨胀性一般均不考虑，也就是将水的密度、容重视为常数。,1.1.1.3,液体的粘滞性,在管、渠中的水流，通过实验可以证实：在过流断面上各质点流速不相同。在明渠中做无压流动的水流，自由表面的水质点流速最大，渠底水质点的流速为零；在圆管中做压力流动的水流，管中心水质点的流速最大，管内壁处的水质点流速为零。,由于水流中各流层的流速不同，相邻两流层存在相对运动，这种相对运动使各流层的接触面上产生一种相互作用的剪切力。速度快的薄层对速度慢的薄层产生一种拖力；而速度慢的薄层对速度快的薄层产生一种反拖力（即阻力）。这种拖力与反拖力的剪切力是成对出现的，是作用与反作用力的具体表现，这种剪切力成为液体内摩擦力或称粘滞力。液体具有粘滞力的性质，就称为液体的粘滞性。,必须指出，当液体处于静止状态时，粘滞力不存在，粘滞性显示不出来。,液体粘滞性的大小，可用粘度来表达。,实验证明：,外界压强条件对液体的粘度影响甚小，而温度条件对液体粘度的影响明显。对于某种液体，温度增高，粘度减小；温度降低，粘度增大。,1.1.1.4,表面张力,液体表层由于分子间的吸引力,而形成类似薄膜的表层,这个表面能承受一定的拉力,称为表面张力。例如水面稍高出碗口而不外溢。,1.1.1.5,汽化压力,当液体分子具有足够大的动能时，就会克服分子间的引力，从液面释放出来而成为蒸汽，这种现象称为,汽化,。液体汽化时所具有的外扩张压力（压强）就是汽化压力，也叫饱和蒸汽压力。若液体所受外界压力等于或稍低于汽化压力，液体就沸腾（冷沸）。水在正常流动时，如因压力降低而汽化时将影响水流运动，造成不良后果，必须注意防止。,1.1.2,水静力学,水静力学是研究水在静止状态下的力学规律，以及这些规律在工程上的应用的科学。静止状态是指对地球不作相对运动的状态。,1.1.2.1,静水压强及特性,静水压强有两个基本特性：,（,1,）静水压强的方向垂直作用面，并指向作用面。,（,2,）任意一点各方向的静水压强均相等。,1.1.2.2,静水压强的分布规律,自由表面和表面压强：,所谓自由表面是指水体与气体的交界面。在重力作用下静止液体的自由表面是水平面，如水箱、水池、江河的水面。,液体的自由表面受上部气体压强作用，此压强称为表面压强，用符号,P,0,表示；当自由表面上的压强为当地大气压时，用符号,P,a,表示，则,P,0,=P,a,。,1.1.2.3,压强的量度单位,(1),用单位面积上所受的压力表示：,工程单位制中以,kgf,cm,2,或,tf,m,2,表示。国际单位制中以,Pa,或,KPa,表示 。,(2),以大气压表示。,物理学中规定：以海平面的平均大气压（,760mm,高的水银柱的压强）为一标准大气压（代号,atm,），其数值为,:,1,标准大气压（,atm,）,=1.033 kgf,cm,2,